南疆地区反冲洗过滤器使用效果分析*

王子龙 ，梁建军 ，杨怀君 ，李 帆

（1.新疆农垦科学院机械装备研究所，新疆 石河子 832000；2.哈巴河县洪昇科技服务有限公司，新疆 阿勒泰 836500）

农业用水在全国用水总量中占有较大比例，且农业用水逐年增长，但农田灌溉水有效利用程度较低，部分地区仍然采用大水漫灌的方式，存在浪费农业用水的现象。发展节水型农业可以有效地降低农业用水比重，提高农业灌溉水有效利用率，建设节水型农业已成为必然发展趋势[1]。南疆地区是指新疆天山以南、昆仑山以北地区，包括新疆生产建设兵团的四个师[2]。受风沙、水质等因素影响，沉淀池内灌溉用水无法直接引入滴灌系统。目前，南疆地区滴灌用水主要通过在泵管前固定滤网或在沉淀池布设正向清洗过滤装置完成过滤。

1 反冲洗过滤器工作环境

过滤网价格较低，安装方便，由于环境因素影响，水体悬浮物、颗粒物等含量较高，滤网网孔过小易使杂质堵塞滤网，降低过滤效率，严重时引发泵机空转，损坏设备；滤网网孔过大会将杂质传输给灌溉系统，易堵塞滴灌系统[3]，需要人工清洗，清洗时往往还需要停止灌溉[4]，人工维护成本高，供应压力不稳定，不利于农作物生长。正向清洗过滤装置在工作过程中，净水喷头对附着在滤网表面的杂质进行正向冲洗，部分杂质随水流清理出去，而泥沙等水体颗粒物容易附着在网孔缝隙内，正向清洗无法除去或随水压冲入滤网内，降低过滤效率与原水质量。针对以上问题，以第三师四十四团滴灌用沉淀池为背景，介绍反冲洗过滤器的工作原理、设计过程及使用效果，为类似过滤器的使用提供参考[5]。

第三师四十四团耕地面积22.1 万亩，滴灌作物以棉花为主。滴灌沉淀池布设于地块附近，由于土壤大多为灰包土，在空气流动下易混入水池，形成水体颗粒物等杂质，为防止堵塞毛管滴孔，选用滤网较细，故容易堵塞滤网，需要人工值守清杂，不仅降低效率，也容易引发危险。因此，设计一种提质增效的反冲洗过滤器是本领域技术人员亟需完成的任务[6]，计划布设的反冲洗过滤器示意图，如图1 所示。

图1 反冲洗过滤器布设示意图

2 反冲洗过滤器工作原理

反冲洗过滤器原理如图2 所示。首先，灌溉用水进入沉淀池内，过滤器两侧浮箱提供浮力使固定在机架的筒形过滤网部分悬浮在水面上；其次，在重力作用下原水经过过滤，水位高于净水出口即可开启电源，水面以上部分通过泵房给出的扬程在过滤网筒的内部取出分流量进行反冲洗清洁，反冲洗喷头利用水管压力，分导部分水流自内向外对滤网进行冲洗；最后，置于机架上方电机驱动滚筒状滤网旋转，完成全方位清洁，提升工作效率；水面以下部分利用泵房把滤网内的净化水抽出形成压力差使原水经过滤网完成过滤，同时过滤水随管道进入泵房[7]。

图2 反冲洗过滤器过滤原理

3 反冲洗过滤器结构设计

反冲洗过滤器主要由机架、电机、浮箱、筒状过滤网、反冲洗喷头等组成。浮箱安装在支架上；筒状过滤网安装在支架上且与其转动连接；吸水清洗机构位于过滤筒内部中央且与其转动连接，同时与支架固定连接。电机与筒状过滤网采用带传动连接。反冲洗过滤器结构组成如图3所示。

图3 反冲洗过滤器结构

在反冲洗喷头作用下，水面漂浮杂物吸附在转动的过滤筒表面并对其进行冲洗，避免杂质附着在滤网上，能够提高过滤效率和效果。

净水出口所在轴与筒状过滤网采用间隙配合，用尼龙棒加工的轴承侵入水中利用水作为润滑剂在轴承与轴之间形成受力膜，从而达到自润滑和降温的效果。

过滤器作为一个独立的单元，旋转型桶芯不锈钢过滤网在原始中依靠自身的浮力和设计的动平衡计算，借助于水体减振、减衰的功能，使得过滤器本身在做功的过程中处于相对平衡的运动状态[8]。

3.1 结构特点

反冲洗过滤器是利用过滤水与电动机完成对滤网的循环式冲洗，实现长期稳定工作，为确保工作顺利完成，通过在过滤器两端设置浮箱，将过滤器浮于水面，过滤器内部水下部分通过泵房吸水，水上部分完成过滤自清洗。浮箱与支架采用不锈钢材质可有效提高设备的耐腐蚀性及使用寿命。电机置于水上确保安全有效工作，提升设备安全性。

3.2 过滤目数

滤网指标参数如表1 所示。过滤目数是过滤器核心指标之一，滤网目数提高，过滤效果提升，过滤速度降低；滤网目数过低会使泥沙、树叶、虫子等杂质进入管网，堵塞毛管孔，影响滴灌效果。反冲洗过滤器滤网目数应在保证满足滴灌需求的同时，兼顾过滤速率，优化使用效果。

表1 滤网指标参数

3.3 技术参数

过滤器主要参数如表2 所示。自清洗过滤器经反复试验，硬件部分采用304 不锈钢，滤网选择不锈钢网，轴承采用尼龙棒加工完成，浮箱材料采用聚氨酯泡沫板聚乙烯。

表2 过滤器主要参数

4 反冲洗过滤器使用效果

如图4 所示，与传统过滤器相比，南疆沉淀池使用反冲洗过滤器后取得以下效果。

图4 反冲洗过滤器南疆使用效果对比

过滤效果：传统正向清洗过滤装置采用100 目网，使用反冲洗过滤器后，滤网采用150目不锈钢网，滴灌系统水质得到了明显的改善，泥沙和其他杂质的含量明显减少，毛管滴孔堵塞程度有效降低，水的颜色和透明度得到了提升。

自动化程度：反冲洗过滤器可以自动完成过滤和反冲洗过程，不需要人工干预，减少了人工维护的时间和成本[9]。

运行情况：反冲洗过滤器的结构设计合理，运行稳定可靠，相较于悬浮式毛刷清洁过滤桶能够有效将杂质清除，能够适应南疆部分地区的恶劣环境条件。

经济效益：南疆沉淀池传统过滤器工作3 h～4 h就要清洗一次，使用反冲洗过滤器后，减少了人工管护成本，降低了运行成本；反冲洗过滤器内置净水喷头，相较于传统过滤装置结构简单可靠，生产成本较低，经济效益明显。

社会效益：反冲洗过滤器的应用可以提供稳定的滴灌系统水压，保证主细管滴水均匀，有效实现控水控量，减少水资源的浪费，提高灌溉水有效利用率，对建设节水型农业具有积极意义。

5 结语

反冲洗过滤器在南疆沉淀池的使用效果显著，能够解决南疆地区农业用水过滤难题，提高灌溉水有效利用率和水的质量，减少了人工维护的时间和成本，具有推广价值[10]。同时，反冲洗过滤器的应用也可以促进节水型农业的发展，后期可通过与传感器技术、电液控制技术等先进科技结合，形成水源净化、杂质收集、水肥一体化等适宜南疆地区农业的生产模式，为农业节水提供新的解决方案。